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農(nóng)村生活污水如何處理

中國污水處理工程網(wǎng) 時間:2015-3-15 9:32:14

污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量,降低企業(yè)治污成本

隨著中國農(nóng)村經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展,農(nóng)村生活污水排放量急劇增大. 目前,全國農(nóng)村每年排放生活污水約80 多億噸[1],而96%的村莊沒有設(shè)置排水渠道和污水處理系統(tǒng),污水處理率不到10 %,嚴重污染了農(nóng)村的生活環(huán)境[2] .

對于技術(shù)相對落后的廣大農(nóng)村地區(qū),工藝簡單、運行成本低的人工濕地污水處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[3],然而單純的人工濕地技術(shù)存在著占地面積大、污染物濃度不能太高、易滋生蚊蟲及容易出現(xiàn)堵塞[4-5]等缺點. 本文中,筆者采用厭氧折流板反應(yīng)器-垂直潛流人工濕地(ABR-SSFW) 組合工藝處理農(nóng)村生活污水,一方面ABR作為預(yù)處理技術(shù),能夠很好地降低人工濕地的污染負荷,從而克服人工濕地容易堵塞和占地面積大等缺點;另一方面人工濕地作為厭氧的后續(xù)處理,可以改善厭氧出水的水質(zhì),實現(xiàn)達標排放.

1 材料與方法

1. 1 試驗裝置

ABR由硬質(zhì)的塑料板制成,長×寬×高為800 mm×800 mm×900 mm,有效水深為700 m,有效容積為448 L. SSDW 為下行流,從上部進水,下部出水,長×寬×高為1 500mm×1 500 mm×1 100 mm. 濕地內(nèi)填充的填料:底層為直徑30~ 40 mm的大碎石,厚度30 cm;中層是按1:1 均勻混合的小碎石與爐渣,粒徑10~ 20mm,厚度30 cm;上層是按10:1均勻混合的土壤與粉煤灰,厚度20 cm.

該試驗系統(tǒng)由水箱、ABR和SSFW 組成. 原水經(jīng)蠕動泵由水箱提升至ABR,經(jīng)ABR處理后,出水進入SSFW.

1. 2 試驗用水

本試驗所用生活污水取自邯鄲市某城中村化糞池排放的生活污水. 原水水質(zhì)見表1.

表1 原水水質(zhì)

 

1. 3 監(jiān)測項目與分析方法

水質(zhì)的監(jiān)測項目與分析方法[6]見表2.

表2 監(jiān)測方法

 

2 試驗結(jié)果與分析

2. 1 系統(tǒng)的啟動[7-8]

接種污泥為邯鄲市東郊污水處理廠氧化溝的好氧污泥,將其均勻投加到ABR反應(yīng)器的4 個隔室,接種后反應(yīng)器內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度為13. 74 g/L,污泥投加完畢,靜置1 d,開始連續(xù)進水. 啟動初始水力停留時間(HRT) 為48 h,此時COD去除率僅有29 %;隨后,COD的去除率穩(wěn)步上升,到第10 d 時,COD去除率達到60 %,到第20 d,COD去除率達到80 % 以上. 在第25 d,將HRT 縮短為36 h,第26 d 測得COD去除率下降到56. 3 %,繼續(xù)運行到第30 d,COD去除率上升到70%,運行第45 d 時,COD去除率穩(wěn)定在85 % 左右. 在第46 d 將HRT 縮短為24 h,測得COD去除率下降為74. 5 %,隨后逐漸穩(wěn)步上升,又經(jīng)過大約40 d的運行,COD去除率穩(wěn)定在90 % 以上,ABR反應(yīng)器啟動成功.

啟動ABR的同時,從永年洼濕地采集蘆葦根狀莖,根莖長20 cm左右,莖部分節(jié),每節(jié)上均帶有明顯的側(cè)芽. 第2 d 將其以行距30 cm、株距10 cm進行栽種,栽種后,人工濕地開始連續(xù)進水,進水為ABR的出水.此時ABR的HRT 為48 h,出水流量較小,為了確保蘆葦正常生長,每天還向人工濕地中澆灌一定量的自來水. 種植15 d 后可見蘆葦側(cè)芽生長,30 d 后有蘆葦葉子長出,隨后蘆葦生長迅速. 6 月份停止向濕地中澆灌自來水,此時蘆葦生長特別旺盛. 在6 月中旬發(fā)現(xiàn)部分蘆葦葉子黃枯,葉子上有細長狀灰色蟲子,密度很大. 6月15 日在有這些癥狀的葉子上噴殺蟲劑,每天噴1 次,到6 月20 日蟲子基本沒有了,蘆葦?shù)纳L良好,濕地啟動完成.

2. 2 COD的去除

組合系統(tǒng)對COD的去除效果如圖1 所示. 可見,隨著HRT的縮短,ABR和SSFW的出水COD質(zhì)量濃度整體呈上升趨勢. 當ABR的HRT 分別為24,18,12 h 時,平均COD出水質(zhì)量濃度分別為86. 3,42. 9,43. 1 mg/L,SSFW 平均COD出水質(zhì)量濃度分別為40. 5,21. 6,17. 6 mg/L,出水水質(zhì)良好,組合系統(tǒng)出水滿足一級A 排放標準. 當ABR的HRT 縮短為8 h,其平均COD出水質(zhì)量濃度大幅度升高,為168. 6 mg/L,SSFW的COD出水質(zhì)量濃度波動較大,COD平均質(zhì)量濃度為82. 6 mg/L,組合系統(tǒng)出水滿足二級排放標準. 當ABR的HRT 為4 h 時,其平均COD出水質(zhì)量濃度為215. 9 mg /L,SSFW的COD出水質(zhì)量濃度為145. 1mg/L,出水水質(zhì)達不到排放標準.

HRT 實際代表了生物反應(yīng)時間,HRT 越小反應(yīng)時間越短、反應(yīng)越不徹底,所以COD的去除率隨著HRT的減小而下降;但另一方面,長的HRT 會增加反應(yīng)器的容積,致使投資增大,因此,在實際生產(chǎn)中選擇合適的HRT 很有必要. 由于現(xiàn)行的污水處理廠一級A 排放標準規(guī)定出水COD質(zhì)量濃度為50 mg/L,因此從整體考慮,反應(yīng)器的最優(yōu)HRT 為12 h.

 

圖1 不同HRT下COD質(zhì)量濃度的變化

2. 3 脫氮能力

不同HRT下,組合系統(tǒng)對T N的去除效果如圖2 所示;系統(tǒng)進水、ABR及SSFW 出水氨氮濃度的變化如圖3 所示.

由圖2 可以看出,運行階段,HRT 從24~ 4 h 這一變化過程中,ABR和SSFW 對TN的去除率不太穩(wěn)定,波動較大. T N 總平均去除率分別為38. 9 %,49. 4 %,40. 1 %,27. 5 %,21. 9 %,去除率較低. ABR對TN的去除率占T N 總?cè)コ实谋壤謩e為28. 1 %,35. 6%,25. 2 %,30. 6 %,33. 9 %;SSFW 對TN的去除率占TN 總?cè)コ实谋壤謩e為71. 9 %,64. 4 %,74. 8 %,69. 4 %,66. 1 %. ABR對TN的去除率低于SSFW的去除率.

ABR是利用微生物生長吸收去除氮,因為厭氧微生物生長緩慢,因此依靠此途徑去除的氮量較少. SSFW對氮的去除途徑是多樣的,包括植物攝取、基質(zhì)截留、揮發(fā)和微生物作用[9],系統(tǒng)對TN的去除主要靠SSFW 來完成.

從圖3 中可以看出,ABR出水的NH3-N 質(zhì)量濃度多數(shù)情況下高于系統(tǒng)進水的NH3-N 質(zhì)量濃度,而SSFW 最終出水NH3-N 質(zhì)量濃度均低于系統(tǒng)進水NH3-N 質(zhì)量濃度.HRT為24,12 h 時,NH3-N 質(zhì)量濃度變化范圍都比較大,平均出水質(zhì)量濃度分別為20. 1,7. 1 mg/L,平均去除率分別為28 %,42%,HRT 為18h 時,NH3-N 濃度變化比較平穩(wěn),平均出水質(zhì)量濃度為8. 8mg /L.

厭氧生物處理中,NH3-N 質(zhì)量濃度主要受到以下2 個方面的影響:一方面,污水中部分有機氮在厭氧條件下通過厭氧菌的作用轉(zhuǎn)化為氨氮,即發(fā)生了氨化作用,使得反應(yīng)器中NH3 -N 質(zhì)量濃度升高;另一方面,氨氮是合成微生物細胞必需的營養(yǎng)物質(zhì),通過微生物的攝取使NH3-N 質(zhì)量濃度降低. ABR出水NH3-N 質(zhì)量濃度普遍高于系統(tǒng)進水的NH3-N 質(zhì)量濃度,這說明反應(yīng)器中有機氮氨化的速率大于氨氮被微生物利用的速率,進一步說明了人工濕地在整個系統(tǒng)中對氨氮的去除起到關(guān)鍵性的作用.

 

圖2 不同HRT下TN 去除率的變化

 

圖3 不同HRT下NH3-N 質(zhì)量濃度變化

2. 4 總磷的去除

在整個實驗過程中,不同時期TP的去除率變化如圖4 所示.

 

圖4 不同時期TP的變化

對圖4 分析可知,在整個運行階段,HRT 分別為24,18,12,8,4 h 時TP 平均去除率分別為38. 7 %,44. 6 %,42. 6 %,38. 9%,24. 7%,平均出水TP 質(zhì)量濃度低于3 mg/L,滿足國家城鎮(zhèn)污水排放二級標準,系統(tǒng)運行狀態(tài)較好. ABR出水TP 質(zhì)量濃度絕大多數(shù)在系統(tǒng)進水TP 質(zhì)量濃度之上,而SSFW 出水T P 質(zhì)量濃度都低于系統(tǒng)進水TP 質(zhì)量濃度,說明人工濕地在組合系統(tǒng)對TP的去除中起關(guān)鍵性的作用.

人工濕地對磷的去除是微生物去除、基質(zhì)吸附和植物吸收3 條途徑共同作用的結(jié)果. 植物對磷的去除是通過植物對無機磷的吸收同化作用,污水中的無機磷變成植物的有機成分,然后收割植物,達到對磷的去除,但有研究表明,植物吸收的磷占TP 去除量的10 % 左右. 人工濕地中的基質(zhì)通過物理化學(xué)反應(yīng)如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等來去除污水中的磷,富含Al3+,F(xiàn)e3+,Ca2+的基質(zhì)對磷的凈化能力比較強,在堿性條件下,污水中的磷易與Ca2+ 發(fā)生反應(yīng),本試驗中,pH 在7. 6~ 8. 1 之間,在堿性范圍內(nèi),所以人工濕地主要通過富含鈣的石灰石基質(zhì)去除磷. 另一方面,植物根系對氧疏導(dǎo)作用使得根區(qū)周圍呈現(xiàn)好氧狀態(tài),遠離根區(qū)的地方依次出現(xiàn)缺氧和好氧狀態(tài),這種環(huán)境有利于磷細菌的活動,好氧條件下,磷細菌大量地吸收磷,厭氧條件下,磷細菌釋放磷,使?jié)竦刂芯植康貐^(qū)的磷質(zhì)量濃度升高,從而加強填料對磷的有效吸附與沉淀,最終將磷有效去除.具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

1) 當ABR的HRT 大于12 h 時,ABR-SSFW 組合工藝在進水COD質(zhì)量濃度高于200 mg/L時平均出水COD質(zhì)量濃度都在50mg /L以下,COD去除率在80% 以上,達到現(xiàn)行的國家城鎮(zhèn)污水排放一級A 標準.在組合工藝對COD的去除中,ABR發(fā)揮的作用較大,占到了60 %以上.

2) 當HRT 分別為18,12 h 時,TN的出水質(zhì)量濃度分別為9. 4,10. 8 mg/L,達到現(xiàn)行的國家城鎮(zhèn)污水排放一級A 標準. NH3-N 在HRT 為12 h的出水質(zhì)量濃度為7. 1mg /L,滿足國家城鎮(zhèn)污水排放一級B 標準.當HRT 小于12 h 時,系統(tǒng)出水TN,NH3-N 質(zhì)量濃度均不能達到排放標準.HRT 大于12 h 時,TP的平均出水質(zhì)量濃度分別為1. 0,0. 9,0. 7 mg/L,達到國家城鎮(zhèn)污水排放一級B標準.HRT 小于12 h 時T P的平均出水質(zhì)量濃度分別為1. 7,2. 4 mg /L,達到二級排放標準.

3) 結(jié)合系統(tǒng)在運行階段對COD,TN,NH3-N,TP的去除效果,對系統(tǒng)而言,最優(yōu)HRT 為12 h.